AminoácidosContienen un átomo de carbono

central (carbono α) al que están unidos un grupo amino (-NH3

+), un grupo carboxilo (-COO-), un átomo de hidrógeno y un grupo R.

AminoácidosEn las proteínas se encuentran habitualmente 20

aminoácidos diferentes que reciben el nombre de aminoácidos proteicos.

Los aminoácidos son moléculas anfóteras; es decir, pueden actuar como ácido o como base.

Clases de aminoácidos Los aminoácidos se clasifican de acuerdo con su

capacidad para interaccionar con el agua.1. Apolares (Glicina, Alanina, Valina, Leucina,

Isoleucina, Fenilalanina, Triptófano, Metionina, Cisteína, Prolina).

2. Polares sin carga (Serina, Treonina, Asparagina, Glutamina, Tirosina).

3. Polares con carga1. Ácidos (Ácido aspártico, Ácido glutámico).2. Básicos (Lisina, Arginina, Histidina).

Derivados de los aminoácidosDiversas proteínas contienen derivados de aminoácidos

que se forman tras la síntesis de la cadena polipeptídica.

Entre estos aminoácidos modificados se encuentran el ácido -carboxiglutámico (protrombina) y la 4-hidroxiprolina y la 5-hidroxiprolina (colágeno).

Las fosforilaciones de los aminoácidos que contienen hidroxilo (serina, treonina y tirosina) suelen utilizarse para regular la actividad de las proteínas.

Estereoisómeros de los aminoácidosLos carbonos α de 19 de los 20 aminoácidos

proteicos están unidos a cuatro grupos diferentes, por lo que son carbonos asimétricos o quirales.

Las moléculas con carbonos quirales pueden existir como estereoisómeros, esto es, moléculas que sólo se diferencian en la disposición espacial de sus átomos.

Con pocas excepciones, en las proteínas sólo se encuentran aminoácidos L.

C

C

R1

HNH3+

OO

C

C

R1

H NH3+

O O

Plano especular

L D

Enlace peptídicoLa unión de dos aminoácidos por el grupo amino de

uno de ellos y el grupo carboxilo del otro, con eliminación de una molécula de agua, en una reacción de condensación, da lugar a un péptido

PéptidosLa unión de dos aminoácidos, por medio de un enlace

peptídico, da lugar a un dipéptido, la de tres a un tripéptido, la de cuatro a un tetrapéptido y así sucesivamente.

La unión de varios aminoácidos mediante enlaces peptídicos da lugar a los polipéptidos.

Para escribir la secuencia de aminoácidos de una cadena polipeptídica de acuerdo con el convenio establecido se empieza por el aminoácido con el grupo amino libre y se termina con el aminoácido con el grupo carboxilo libre.

Péptidos de interés biológicoVarios péptidos poseen actividades biológicas significativas.El glutatión (-glutamil-cisteinil-glicina) participa en muchos

procesos biológicos importantes, entre los que se encuentran la síntesis de proteínas y de DNA, el metabolismo de fármacos y toxinas ambientales y el transporte de aminoácidos.

Un grupo de las funciones del glutatión utiliza su efectividad como agente reductor, protegiendo a las células de la oxidación por las reacciones con sustancias como los peróxidos.

Otros péptidos de interés biológico son la oxitocina, la vasopresina y las encefalinas.

ProteínasMoléculas más abundantes de las células, de las que

constituyen hasta un 50% del peso seco.Son macromoléculas formadas por aminoácidos como

bloques de construcción.Las proteínas desempeñan una gran cantidad de

funciones en los seres vivos:EstructuralesCatalíticasHormonalesDefensaTransporte

Estructura proteicaLos bioquímicos diferencian cuatro

niveles de organización estructural de las proteínas:Primaria (secuencia)Secundaria (plegado local)Terciaria (plegado global)Cuaternaria (asociación de varias

cadenas)

Estructura primariaEs la secuencia u orden en que se disponen los aminoácidos en

la cadena.La secuencia de aminoácidos (estructura primaria) determina

la disposición espacial de la molécula proteica (estructuras secundaria y terciaria).

Los aminoácidos se encuentran unidos mediante enlace peptídico.

Los polipéptidos que tienen secuencias de aminoácidos y funciones semejante se dice que son homólogos.

Los residuos de aminoácidos que son idénticos en las proteínas homólogas se denominan invariables. Se supone que son esenciales para la función de la proteínas.

Las mutaciones producen alteraciones de la estructura primaria de las proteínas y dan lugar a las enfermedades moleculares.

Determinación de la estructura primaria de una proteína

1. Aislar y purificar la proteína2. Obtener la composición de aminoácidos3. Romper todos los enlaces disulfuro4. Determinar los aminoácidos N-terminal y C-terminal5. Romper el polipéptido en fragmentos utilizando

diferentes reactivos, tanto químicos como enzimáticos Tripsina (Rompe para dejar Arg o Lys como C-terminal) Quimotripsina (Rompe para dejar Tyr, Trp o Phe como C-

terminal) Bromuro de cianógeno (Rompe para dejar Met como C-terminal)

Determinación de la estructura primaria de una proteína

6. Separar los fragmentos7. Determinar las secuencias de los fragmentos

peptídicos utilizando el método de Edman8. Ordenar los fragmentos peptídicos

Estructura secundariaEs la disposición de la cadena polipeptídica en el

espacio a lo largo de una dimensión.Los tipos de estructuras secundaria que se

observan con mayor frecuencia son la hélice α y la lámina plegada β.

Ambas estructuras están estabilizadas por enlaces de hidrógeno entre los grupos carboxilo y N-H del esqueleto peptídico.

Hélice α• Es una hélice a derechas.• Se forman enlaces de hidrógeno entre el grupo N-H de cada aminoácido y el grupo carboxilo del aminoácido que se encuentra cuatro residuos más adelante.• Existen 3,6 residuos de aminoácidos por vuelta de hélice y el paso (distancia entre los puntos correspondientes a cada vuelta) es de 54 nm.• Los grupos R de cada aminoácido se extienden hacia fuera de la hélice.

Lámina plegada βSe forma cuando se alinean

de lado dos o más segmentos de cadenas polipeptídicas.

Los enlaces de hidrógeno se forman entre los grupos N-H y carbonilo del esqueleto peptídico de cadenas adyacentes.

Hay dos tipos de láminas plegadas β: paralelas y antiparalelas.

Estructuras supersecundariasMuchas proteínas globulares contienen

combinaciones de estructura secundaria de hélice α y lámina plegada β. Estos patrones son

βαβ meandro β unidad αα barril β llave griega

Estructura terciariaEs la configuración que adquiere la proteína al

doblarse en el espacio.Sitúan en el interior de la molécula los grupos

hidrófobos y en el exterior los grupos hidrófilos.Se estabiliza por cuatro tipos de interacciones

Estructura terciariaEnlaces covalentes

Los principales son los puentes disulfuro (-S-S-)Pueden producirse entre moléculas de cisteína de una misma

cadena o de dos cadenas polipeptídicas distintas.Enlaces de hidrógeno

-OH de Ser, Treo y Tyr -NH2 de Gln y Asn

Interacciones iónicas -COOH y –NH2

Interacciones hidrófobas

Estructura cuaternariaMuchas proteínas están formadas por varias

cadenas polipeptídicas.Cada componente polipeptídico se denomina una

subunidad.Las subunidades del complejo proteico pueden ser

idénticas o diferentes.

Desnaturalización proteicaMuchos agentes físicos y químicos pueden romper la conformación nativa de

una proteína. Este proceso se denomina desnaturalización.

Dependiendo del grado de desnaturalización la molécula puede perder parcial o totalmente su actividad biológica.

Las principales condiciones desnaturalizantes son: Ácidos y bases fuertes Disolventes orgánicos Detergentes Agentes reductores Concentración salina Iones metálicos pesados Cambios de temperatura Agresión mecánica

Proteínas fibrosasContienen proporciones elevadas de

estructuras secundarias regulares, como hélices α y láminas plegadas β.

Tienen forma de varilla o lámina.Tienen funciones estructurales.Ejemplos:

α-queratinaColágenoFibroína de la seda

Proteínas globularesConstituyen la mayor parte de las proteínas

celulares.Realizan la mayor parte del trabajo

químico de las células.Cada proteína posee una superficie única y

compleja que contiene cavidades o hendiduras cuya estructura es complementaria a la de ligandos específicos.

Tras la unión del ligando se produce un cambio conformacional de la proteína que está ligado a un acontecimiento bioquímico.

Ejemplos:MioglobinaHemoglobina